JPS6293620A

JPS6293620A - 回転機診断器

Info

Publication number: JPS6293620A
Application number: JP60234149A
Authority: JP
Inventors: Isao Nagai; 勲永井; Kenzo Wada; 憲三和田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp; Kawatetsu Keiryoki KK
Current assignee: JFE Steel Corp; Kawatetsu Keiryoki KK
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1987-04-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）回転機器をはじめとする機械設備を稼動させた状態で異
常の有無、個所および原因を診断できる設備診断器に関
する。

（従来の技術）設備の保全作業を効果的に進めていく上で、設備診断技
術の有効性が認められ、現場の保全作業に実効をあげつ
つある。

これらの設備のなか′７′多故を占める回転（機械設備
、往復動機械なとは、その振動のオーバーオール値が通
常時に比較し異常に火すくなった場合、何らかの異常か
発生していることが同定でｂる。

すなわち、振動振幅のオーバーオール値の大小１こより
異常の有無を知ることが′？′トる。

更に、回転機械設備類では、検知した振動のオーバーオ
ール値から周波数スペクトルパターンを作出することに
上り、被診断対象の異常個所原因を具体的に同定できる
ことがよく知られている。

（発明の解決すべき問題点）ところが、従来、この種の回転機械設備の異常診断は、
現場に振動記録計を持へ込んで診断しよ）とする回転機
械設備の振動データを記録）２ｊ二うえで、そのデータ
を持ち帰り、これを大型スペクトル分析装置で分析する
か、または、現場型のスペクトル分析器を現場に持ち込
んで振動スペクトルを分析して、その結果か呟人間か回
転機械設備の異常時の振動スペクトルを想起して異常の
原因を診断している。

このような方法では、設備診断の熟練者が診断を行う際
は容易に診断できるが、非熟練者であればなかなか正確
な診断ができないことがある。

本発明の目的は、設備診断技術が普及する一方、熟練者
が不足している現状に対する問題解決方法の手段の一つ
として、移動可能な回転機診断器を提供することである
。

（問題点を解決するための手段）本発明に係る回転機診断器は、回転機械設備の振動を検
知する振動センサと、振動センサの検出信号を増幅する
増幅手段と、当該回転機械設備の振動管理基準値を設定
する基準値設定手段と、増幅手段の出力と、基準値設定
手段の振動管理基準値とを比較して前者が後者上り大き
い時、異常有と判定する異常判定手段と、異常判定手段
が異常有と判定したときに、増幅手段の出力を高速フー
リエ変換（ＦＦＴ）で分析するＦＦＴ演算手段と、当該
回転＠械設備の振動管理に必要な基本回転数等の各種の
設定値を入力するための設定手段と、設定手段で入力さ
れた各種の設定値から所定の関係より異常時の振動スペ
クトルパターンを演算する異常時発生振動数演算手段と
、異常１゛す定手段か異常有と判定したときに、ＦＦＴ
演算手段で演算した振動スペクトルパターンを異常時発
生振動数演算手段により演算された異常時発生振動スペ
クトルパターンを比較し、異常の原因を同定する振動ス
ペクトル比較手段とを備える。

（作　用）本発明に係る回転機診断器は、診断器べき回・耘機械設
備の異常時の振動スペクトルパターンを設定手段と異常
時発生振動数演算手段とに１１）演算できる一方、振動
センサ、増幅手段およびＦＦＴ演算手段によ１）、当該
回転機械設備の振動久ベクトル分析を行うことができる
。異常判定手段は、振動レベルの大きさから異常の有無
を判定する。

振動スペクトル比較手段は、異常が有る場合に、回転機
械設備の振動スペクトルパターンを異常時の振動スベク
ｔルパターンと比較し、異常の原因の診断を行う。

（実施例）以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本実施例では、回転機械設備の回転軸、ころがり軸受お
よび歯車について診断する。

＠１図に、本発明の実施例の設備診断器のブロック図を
示す。回転機械設備に取り付けられ、振動（変位、速度
または加速度）を検出する振動センサ（本実施例では圧
電式加速度検知型センサを用いる）１は、当該設備の振
動を検出し、電気信号に変換する。なお、取付箇所を適
切にすると、異常現象か軸方向であるか、半径方向であ
るかをｆ、Ｑ別できる。振動アンプ２は、振動センサ１
の検出信号を増幅する。増幅値は必要により積分により
速度と変位に変換され、異常判定器４とＦ’ＦＴ（高速
フーリエ変換）演算器５に送られる。

一方、振動管理基準値メモリ３には、振動アンプ２の出
力値が異常であるか否かを判別するための各種の基準値
が格納されている。（この基準値は、予め定めた所定の
値でもよいし、複数の測定値から得られる標準偏差をも
とに経験的に得られた所定の因子を掛けて定めてもよい
。後者の場合、標準偏差算出手段を別に設けておく。）
異常判定器４は、振動アンプ２の出力から得られた速度
又は加速度のオーバーオール値がこの基準値より大きい
ときに異常であると判定し、制御器６及び外部に信号を
送る。制御器６は、この信号を受けると、ＦＦＴ演算器
５に信号を送り、Ｉ’ＦＴ演算器５は、振動アンプ２の
出力のＦＦＴによる周波数分析を行う。そして、ＦＦＴ
演算器５は、そ功結果（振動スペクトルパターン）を振
動スペクトル比較器７に送る。

以下余白他方、回転機に異常が存在する場合、第１表に示すよう
に、ロータ、カップリング、ころがり軸受、すべり軸受
、基礎、歯車等の異常箇所の異常現象に対応した発生振
動数か知られていて、その周波数スペクトルは、異常原
因に対応した周波数のところで顕著な大きさの振幅を有
する。異常の原因をｆｌ別するための異常時発生振動ス
ペクトルパターンは、基本回転数設定器８、ころがり軸
受係数設定器９お上び歯車歯数設定器１０に１１）設定
された各数値より、異常時発生振動数演算部１１により
、表に示す所定の関係から演算される。ここに、基本回
転数設定器８は、当該設備の診断対象軸の回転数ｆｏを
設定し、ころがり軸受係数設定器９は、ころが１）軸受
のピッ千円径１）、ベアリング玉の数７、ベアリング玉
の直径ｄおよびベアリングの接触角αを設定し、歯車歯
数設定器は、歯車の歯数２゛を設定する。なお、基本回
転数設定器８は、当該設備の診断対象軸の回転数を自動
的に検知する回転速度計に置き換えて、回転数を自動的
に追尾させてもよい。

振動スペクトル比較器７は、異常？ｌｌ定器・ｔが異常
発生と判定したときに、ＦＦＴ演算器５から送られた当
該設備の振動スペクトルパターンを異常時発生振動数演
算部１１の求めた振動スペクトルパターンと比較し、異
常の原因を詳細にｔｌＩ定し、その結果を外部（ＣＲＴ
、プリンタなど）に表示する。

制御器６は、以上に説明した各構成要素なｆめ定めらｊ
″１．、た手順で順次動作させる。

回転振動設備の回転軸、ころがり軸受および歯車以外の
機械要素、たとえば、カンブリング、すべり軸受、基礎
等についても診断したい場合には、各機械受索の診断に
必要な設定値を設定する設定器を設け、異常時発生振動
数演算部１１にそれらの設定値から振動スペクトルパタ
ーンを演算させ、振動スペクトル比較器７１こおいて、
この振動スペクトルパターンをＩ’ＦＴ演算器５からの
振動スペクトルパターンと比較し、異常の原因を判定さ
せればよい。

異常原因に対応した顕著なスペクトル振幅は、回転＋ａ
により発生する振幅の基本振動数「、）と同じか、その
整数倍に等しい周波数でその大半が生ずることは１ｉｊ
ｉ述した如くである。ところが、高速フーリエ変換を用
いて周波数スペクトル分析するときの問題点は、その周
波数が振動アンプ２およびＦＦＴ演算器５で定まる分解
周波数Δｒの整数倍に一致しない場合には、１本の線ス
ペクトルとはならないことである。この場合、振動人力
が本来１本の線スペクトルであるにもかかわらず、周波
数スペクトル分析した結果は振動入力周波数近傍の多数
の線スペクトルを組合せたちのとして演算される。しｈ
化、このような多数の線スペクトルの組合せのままでは
、真の振幅値は簡単に読み取れない。

そこで、本実施例においては、本発明者等が特公昭５５
−０３９５２１号公報に用いｔこ方式を採用した。この
方式では、ＦＦＴ方式でスペクトル解析を行い、その結
果得られる周波数スペクトル値の大小を判別して、最大
値を含む上位、例えば１０４１１の振１喝値を選出しｔ
こうえで、選出しｔこ振幅値を中心にそのｌｖｉ後、例
えば１０組の振幅値を選んで２乗和開平演算を行うよう
にしたことを基本的な特徴としている。

第３図は、ＦＦＴ演算器５のブロック図である。

ディノタル式周波数スペクトル分析計算器２１は、アナ
ログ・ディノタル変換器３によって変換されたディジタ
ル信号の高速フーリエ変換による周波数スペクトル分析
を行う。スペクトル振幅大小判別器２２は、ディノタル
式周波数スペクトル分析計算器２１によって得られるス
ペクトル振幅の大小を判別し、大きい値から順に例えば
１０組の振幅値を選出する。２乗和開平演算器２３は、
スベク）ル振幅大小判別器２２によって得られｐ、、最
大振幅値を与える周波数［。を中心にして分解周波数Δ
「（例えば、Ｉ　Ｈｚ）の間隔をおいて±ｎΔ「（口は
少なくとも３以上の正の整数）の範囲における振幅値か
ら２乗和開平演算により最ら確からしい最大振幅値を演
算する。これにより、約９８％以上の近似量で被診断対
象回転機の振動周波数スペクトル振幅が得られる。

すなわち、選ばれた周波数を含む相隣の前後の例えば１
０組の周波数スペクトルから前述の２乗和開平を実行す
ると、回転機が発生する振動の周波数スペクトルのなか
で最大の振幅値を近似的に示すことになる。２番目に大
きな振幅値を与える周波数などについても、同様に分析
を行う。

第３図に、診断の７０−を示す。振動の生波形を検出す
る振動センサ１を用いたとする。検出された振動の生波
形（ステップＳｌ）は振動アンプ２により増幅され、次
いで、振動の速度値と加速度値がそれぞれ演算される（
ステップＳ２．Ｓ３）。

そして、速度と加速度のオーバーオール値がそれぞれ演
算される（ステップＳ４．Ｓ５）。前者は、所定の回転
軸等の異常有無の判定に用いられ、後者は、ころがり軸
受、歯車等の異常有無の判定に用いられる。異常判定器
４は、速度のオーバーオール値と加速度のオーバーオー
ル値とが、それぞれ所定の基準値より大きくなったか否
かを、常に監視している（ステップＳ６）。そして、異
常があると判定したときは、ＦＦＴ演算器５に信号を送
す、ＦＦＴ演Ｋ（ステップＳ７）を行わせる。振動スペ
クトル比較器７は、ＦＦＴ演算により得られた振動スペ
クトルパターンを異常時の振動スペクトルパターンと比
較し、異常原因を判定する（ステップＳ８）。

ここでは、振動の生波形を検出する場合のフローを示し
たが、振動の速度や加速度を測定する場合も、微分と積
分とにより、生波形（振動）・、゛速度および加速度は
相互に変換できるので、適宜変換して診断を行えばよい
。

以下余白第２表次に、異常診断の具体的な例を示す。機構部の異常診断
においては、電動機または機械の診断対象の振動数［。

、２ｆ、および３「。（「。は軸回転数）での振動スペ
クトルパターンを求める。ここに、基本回転数ｆ０はロ
ータの回転数である。第２表の例に示すように、基本回
転数での振動速度か呟小型機、中型機および大型機に対
し、それぞれ、稼動状況が判別できる。すなわち、振動
速度のオーバーオール値がＯから増加するにつれ、稼動
状況が、Ａ（良い）、Ｂ（やや良）、Ｃ（やや悪い）、
Ｄ（悪い）と、順次変化する。Ｃ，Ｄである場合には、
振動数１゜、２ｆ、、３ｆｏでの振動スペクトルの値Ａ
、Ａ、Ａ　　　を求め、七ｆ、　　　２ｆ、　　　３ｆ
。

れぞれの振動速度のオーバーオール値と比較し、異常原
因を判別する。

第４図に、機構部の異常診断の７０−をさらに具体的に
示す。基本回転数ｆ。は、基本回転数設定器８により設
定されている。まず、振動対象の振動を検出する（ステ
ップ５１１）。次に、振動速度のオーバーオール値（Ｘ
、）を演算する（ステップ５１２）。

次に、オーバーオール値（Ｘ、）が基準値（Ｘｒ）を越
えているか否かを判定する（ステップ５１３）。

越えていなければ、異常なしと判定する（ステップ５１
４）。

ここで、基準値は、計算値から設定した。その−例を次
に説明する。第３表に、過去のＸ。の測定値を示す。こ
のＸ管理データから、まず、各測定値を２個のデータ毎
に群分けする。各群のＸ　Ｌｌの範囲Ｒ１とその平均値
Ｒ（ここでは０．７０／８＝０．０９）を求める。また
、×１の平均値Ｘを求める。そして、次の式より基準値
Ｘｒを求める。

Ｘｒ＝Ｘ＋Ａ−Ｒここに、Ａは、通常１〜５の範囲で選定する。ここでは
、Ａ”２．６６とした。したがって、Ｘｒ＝０．６８で
ある。

以下余白第３表ステップＳ１３において、振動速度のオーバーオール値
Ｘ。が基準値Ｘｒを越えている場合は、振動速度のデー
タからＦＦＴ演算を行い、振動の周波数「。、２Ｆ、、
：Ｈ，での振動速度Ｘ（ｒ、）。

Ｘ（２ｆｏ）、Ｘ（３ｆ、）を求める（ステップ５１５
）。

次に、振動速度ｘ（ｒｏ＞がＡＩＸｒを越えだが否かを
判断する（ステップ５２１）。ここに、Ａ１は０から１
までの範囲内の定数であり、たとえば、１／３とする。

否であれば、機構的な不良（バランス不良とミスアライ
ンメント）以外の異常であると判定する（ステップ５２
２）、次に、振動速度×（２Ｌ）がＡ　２Ｘ　ｒを越え
たが否かを判別する（ステップＳ２３　）。ここに、Ａ
２はＯがら１までの範囲内の定数であり、たとえば、１
／６とする。越えていれば、次に、振動速度Ｘ（３Ｌ）
がＡ　３　Ｘ　ｒを越えたか否かを判別する（ステップ
５２４）。越えていれば、ミスアラインメントと判定し
くステップＳ２５　）、否であれは゛、ミスアラインメ
ント又（土バランス不良と判定する（ステップ８２６）
。ステップＳ２３で否であると判別されると、次にＸ（
］、）がＡ、Ｘｒを越えたか否かを判別する（ステップ
５２７）。越えていれば、バランス不良又はミスアライ
ンメントと判定しくステップ８２８）、否であれば゛、
バランス不良と判定する（ステップ５２９）。

また、第５図に、ころがり輪受の場合の異常診断の７０
−を示す。ころがり軸受に内輪傷、外輪傷、１傷が発生
すると、それぞれ、第１表の発生振動数に示す振動数（
以下、ｒ！”　ｏｕＬ”　ｂど称゛する）で振動が生じ
る。そこで、振動数「、［。

＋　　　　　ｏｕｔ「　での振動スペクトルの値Ａｉ＋　ＡｏＴ　Ａｂをそ
れぞれ基準値と比較し、基準値よ−］入トいと異常であ
ると判定し、異常原因をｅｌｌ別する。

まず、内輪傷、外輪傷、１傷による発生振動周波数ｒ、
　、　ｒ。、、［、をころがり軸受係数設定器９におい
て入力されたピッチ円り、玉傷ｄ、玉数Ｎ。

接触角ａおよび軸回転数ｒ。より第１表の式を用いて算
出しておく（ステップ５３１）。

次に、診断対象の振動の加速度を検出する（ステップＳ
３２　）。そして、加速度のオーバーオール値Ｙ　を検
出する（ステップ５３３）。

次に、オーバーオール値Ｙ　が基準値Ｙ　を越Ｏｒえるか否かを判別する（ステップ５３４）。ここに、基
準値Ｙ　は、詳しくは説明しないが、従来の測定値から
定める。否であれば、異常なしと判定する（ステップ５
３５）。

越えていれば、加速度のデータからＦＦＴ演算を行い、
周波数［；　、ｒｏ、　ｔ　＋　ｒ　ｂ　テノ加速度Ｙ
（ｒｉ）Ｙ（ｆ　　）、　Ｙ＜ｆ、）を求める（ステッ
プ８３６）。

ｕｔ次に、加速度Ｙ（Ｌ）がＢ、Ｙ　を越えたが否が、１　
　　　　１　　　「即ち、内輪傷が発生したか否かを判別する（ステップ５
４１）。ここに、Ｂ、は０がら１までの範囲内の定数で
あり、たとえば１／３とする。越えていれば、次に、Ｙ
（ｒｏｕｔ）がＢ。Ｙｒを越えたか否か、即ち、外輪傷
が発生したか否かを判別する（ステップ５４２）。ここ
に、Ｂ　は０がら１までの範囲内の定数であり、たとえ
ば、１／３とする。越えていれば、次に、Ｙ（ｆｂ）が
ＢｂＹｒを越えたか否か、即ち、１傷が発生したか否か
を判別する（ステップ５４３）。越えていれば、内輪傷
、外輪傷、１傷がいずれら発生したと判定しくステップ
５４４）、否であれば、内輪傷と外輪傷が発生したと判
定する（ステップ５４５）。

ステップＳ４１で否であると判別されると、次に、Ｙ（
ｆｏｕ、）がＢ。Ｙｒを越えたか否かが判別される（ス
テップ８４６）。越えていれば、次に、Ｙ（ｒｂ）がＢ
ｂＹ、を越えたか否かを判別する（ステップ５４７）。

越えていれば、外輪傷と１傷が発生したと判定しくステ
ップ８４８）、否であれば、外゛輪傷が発生したと判定
する（ステップ５４９）。ステップ３４６で否と判別さ
れると、次に、Ｙ（ｆ、、）がＢｂＹ　を越えたか否か
が判別される（ステップ５５０）。

越えていれば、１傷が発生したと判定しくステップＳ５
１　）、否であれば、原因不明と判定する（ステップ５
５２）。

ステップＳ４２で否であると判別されると、次に、Ｙ　
（ｆｂ）がＢｂＹｒを越えたか否がが判別される（ステ
ップ５５３）。越えていれば、内輪傷と１傷が発生した
と判定しくステップ５５４）、否であれば、内輪傷が発
生したと判定する（ステップ５５５）。

さらに、第６図に、歯車の場合の異常診断のフローを示
す。歯車に、偏心、局所異常、摩耗、片当り等が発生す
ると、第１表の発生振動数に示すかみあい振動数〜で異
常が生じる。そこで、振動数ｒｇでの振動スペクトルの
値を基準値Ｃと比較し、基準値より大きいと異常である
と判定し、異常原因を判別する。

まず、偏心等による発生振動数ｆｇを歯車歯数設定器１
０において入力された歯数Ｚ゛お上び紬゛回転数ｆ。よ
り＠１表の式を用いて算出しておく（ステップ５６１）
。

次に、診断対象の振動を検出する（ステップ５６２）。

そして、加速度のオーバーオール値Ｕ。

を検出する（ステップ５６３）。

次に、オーバーオール値Ｕ。が基準値Ｕｒを越えるか否
かを判別する（ステップ５６４）。ここに、基準値Ｕ、
は、詳しくは説明しないが、従来の測定値から定める。

否であれば、異常なしと判定する（ステップ５６５）。

越えていれば、加速度のデータからＦＦＴ演算を行い、
周波数ｒ　および「。での加速度Ｕ（ｆｇ）。

ｕ（ｒ。）を求める（ステップ８７１）。

次に、加速度ｔＪ（ｆｇ）がＣｇＵ、を越えたか否かを
判別する（ステップ８７２）、ユニ【こ、ＣｇはＯから
１主での範囲内の定数であり、たとえば１／３とする。

否であれば、異常原因が不明であると判定する（ステッ
プ５７３）。越えていれば、次に、Ｕ（ｆ８）がＣ８Ｕ
　ｒｌ　を越えたか否かを判別する（ステップ５７４）
。ここに、Ｕｒｌは、周波数１゜での振動に対する基準
値であり、詳しくは説明しないが、従来の測定値から定
める。ｃｏは０から１までの範囲内の定数であり、たと
えば、１／３とする。越えていれば、偏心、局所異常が
発生したと判定しくステップ５７５）、否であれば、摩
耗、片当り等の異常が発生したと判定する（ステップ８
７６）。

（発明の効果）本発明により、回転機器等の機械設備を稼動させた状態
で、現場で異常の有無、個所、原因を診断できる。

これにより、効率的な保全作業と補修費の低減及び当該
設備の稼動率向上に役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例のブロック図である。第２図は、ＦＦＴ演算器のブロック図である。第３〜６図は、それぞれ異常診断の７０−図である。１・・・振動センサ、　　２・・・振動アンプ、３・・
・振動管理基準値メモリ、４・・・異常判定器、　５・・・ＦＦＴ演算器、６・・
・制御器、　　　　７・・・振動スペクトル比較器、８
〜１０・・・各種設定器、１１・・・異常時発生振動数演算部。特許出願人　　　　　川崎製鉄株式会社川鉄計量器株式
会社代　　理　　人　弁理士　青白　葆　ほか２名第３図￥’Ｉ定界果

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転機械設備の振動を検知する振動センサと、振動センサの検出信号を増幅する増幅手段と、当該回転
機械設備の振動管理基準値を設定する基準値設定手段と
、増幅手段の出力と、基準値設定手段の振動管理基準値と
を比較して前者が後者より大きい時、異常有と判定する
異常判定手段と、異常判定手段が異常有と判定したときに、増幅手段の出
力を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で分析するＦＦＴ演算
手段と、当該回転機械設備の振動管理に必要な基本回転数等の各
種の設定値を入力するための設定手段と、設定手段で入
力された各種の設定値から所定の関係より異常時の振動
スペクトルパターンを演算する異常時発生振動数演算手
段と、異常判定手段が異常有と判定したときに、ＦＦＴ演算手
段で演算した振動スペクトルパターンを異常時発生振動
数演算手段により演算された異常時発生振動スペクトル
パターンを比較し、異常の原因を判定する振動スペクト
ル比較手段とを備えた回転機診断器。
（２）特許請求の範囲第１項に記載された回転機診断器
において、前記の振動センサが、圧電式加速度検知器である回転機
診断器。
（３）特許請求の範囲第１項に記載された回転機診断器
において、上記の設定手段が、当該回転機械設備のころがり軸受の
ピッチ円径、ベアリングの玉数、ベアリング玉の直径お
よびベアリングの接触角を設定する設定器を備えている
回転機診断器。
（４）特許請求の範囲第１項に記載された回転機診断器
において、上記の設定手段が、当該回転機械設備の歯車の歯数を設
定する設定器を備えている回転機診断器。
（５）特許請求の範囲第１項に記載された回転機診断器
において、上記の設定手段が、診断対象軸の回転数を自動的に検知
する回転速度計を備えている回転機診断器。
（６）特許請求の範囲第１項に記載された回転機診断器
において、上記の基準値設定手段が過去の増幅手段の出力値を格納
する記憶手段を備え、振動管理基準値が、過去の出力値
から所定の関係式により設定される回転機診断器。